-
Einrichtung zum Aufspannen eines Werkzeuges auf eine
-
Antriebsspindel Die Erfindung betriffte eine Einrichtnng zum Aufspannen
eines Werkzeuges auf eine Antriebsspindel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Eine derartige Werkzeugspanneinrichtung ist in der DE-PS 15 52 556
beschrieben. Sie hat verglichen mit geläufigen Konus-Spanneinrichtungen den Vorteil
eines erheblich verminderten Ausfahrweges des Werkzeuges und damit erheblich verminderter
Werkzeugwechselzeiten.
-
Bei der Werkzeugspanneinrichtung nach-der DE-PS 15 52 556 muß der
Spannring vollständig vom Spindelende abgeschraubt werden, damit das Werkzeug mit
seinem die axialen Spannflächen aufweisenden Spannflansch abgenommen werden kann.
-
Durch die vorliegende Erfindung soll eine Werkzeugspanneinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiter
gebildet werden,
daß das Abnehmen und Austauschen eines Werkzuges auch ohne vollständiges Abnehmen
des Spannringes und damit noch rascher durchgeführt werden kann.
-
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Spanneinrichtung
gemäß Anspruch 1.
-
Bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung werden zum einen von den
an sich bekannten Vorteilen des Bajonettverschlusses Gebrauch gemacht. Bajonettverschlüsse
sind zur leicht -lösbaren statischen Verbindung von Teilen verbreitet im Gebrauch;
sie können jedoch keine nennenswerten Kräfte übertragen. Durch die erfindungsge
mäße Ausbildung der Spanneinrichtung wird neben der leichten Trennbarkeit von Klemmring
und Werkzeugschaft zugleich gewährleistet, daß ein axiales Verspannen des Spannflansches
des Werkzeugschaftes zwischen dem Klemmring und der Stirnfläche des Spindelkopfes
erhalten wird, ohne daß befürchtet werden muß, daß die vollständige Schließstellung
der Bajonett-Teile entweder nicht vollständig erreicht wird oder überschritten wird.
Man hat also einen großen Uberlappungsbereich der axialen Spannflächen auf dem Werkzeugschaft
und der Antriebsspindel bzw. dem Klemmring des Spannringes verbunden mit der Möglichkeit
der Ausübung hoher axialer Spannkräfte.
-
Gleichermaßen ist beim Lösen der erfindungsgemäßen Werkzeugspanneinrichtung
automatisch dafür gesorgt, daß nicht nur der axiale Spannschlufl zwischen dem Werkzeugschaft,
dem Klemmring und dem Spindelende aufgehoben wird, sondern zugleich auch der Klemmring
in eine solche Winkelstellung gedreht wird, in der die Teile des Bajonettverschlusses
sofort in axialer Richtung auseinandergezogen werden können.
-
Auf diese Weise läßt sich sowohl das Entnehmen eines Werkzeuges als
auch das Einsetzen eines Werkzeuges mit einem Mindestmaß an Aufmerksamkeit in kürzester
Zeit ermöglichen. Man kann auch
dem gesamten Ein- und Ausspannvorgang
auf diese Weise von mechanisch recht einfach aufgebauten Werkzeugwechselrobotern
durchführen lassen.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
-
Bei einer Spanneinrichtung gemäß Anspruch 2 genügt zum Entnehmen und
Einsetzen eines Werkzeuges schon eine sehr kleine winkelmäßige Verdrehung des Spannringes.
-
Eine Freilaufkupplung, wie sie im Anspruch 4 angegeben ist, baut mechanisch
besonders einfach und hat sehr robusten Aufbau.
-
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht,
daß der Kupplungskörper von selbst durch Keilwirkung aus der Kupplungsbohrung des
Gewinderinges herausgeschoben wird, so wie dies die ihn radial innen abstützende
Nockenfläche des Nockenkopfes erlaubt.
-
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 wird erreicht,
daß der Bewegungswiderstand des Kupplungskörpers auf dem Nockenkopf besonders klein
ist.
-
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 1o stellt eine besonders
einfache Ausbildung der in Offnungsrichtung wirksam werdenden Totgangverbindung
zwischen Klemmring und Gewindering dar.
-
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 wird
ein
besonders gut verkippfreies Positionieren des Klemmringes im Gewindering erhalten.
-
nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spieles
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf die werkzeugseitige Stirnseite einer Schnellspanneinrichtung
für ein Werkzeug, in welcher der Werkzeugschaft transversal geschnitten wiedergegeben
ist, wobei die Schnelispanneinrichtung im Schließzustand wiedergegeben ist; Fig.
2 einen axialen Schnitt durch die Schnellspanneinrichtung nach Fig. 1 längs der
dortigen Schnittlinie 11-11; Fig. 3 einen transversalen Schnitt durch die Schnellspanneinricht
nach den Fig. 1 und 2 längs der Schnittlinie III-III von Fig. 2; Fig. 4 einen transversalen
Schnitt durch die Werkzeugspanneinrich nach den Fig. 1 und 2 längs der Schnittlinie
IV-IV von Fig Fig. 5 eine ähnliche Schnittansicht wie Fig. 4, wobei jedoch der Spannring
in der Offenstellung wiedergegeben ist; und Fig. 6 eine Aufsicht auf die Stirnfläche
der mit dem Werkzeug zu verbindenden Antriebsspindel nach Abnehmen von
drehfest
mit ihr verbundenen Federkörpern.
-
In Fig. 1 erkennt man geschnitten einen zylindrischen Werkzeuges schaft
1o, z.B. den Schaft eines Stirnfräsers (nicht gezeigt).
-
An den Werkzeugschaft 1o ist ein radial auskragender Spannflansch
12 angeformt, welcher sechs in Umfangsrichtung unter gleichem Abstand angeordnete
Spannasen 14 aufweist, die im wesentlichen jeweils die Form eines Trapezes haben.
-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, schließt sich an den Spannflansch 14 ein
zylindrischen Zentrierabschnitt 16 des Werkzeugschaftes 1o an. Letzterer ist im
engen Passitz in eine Zentrierbohrung 18 eingeführt, welche in die freie Stirnfläche
20 einer Antriebsspindel 22 eingearbeitet ist.
-
Wie aus den Fig. 2 und 6 ersichtlich ist, ist in die Stirnfläche 20
der Antriebsspindel 22 ferner eine Nut 24 eingefräst, von welcher Gewindebohrungen
26 und 28 ausgehen. Federkörper 30,32 sitzen formschlüssig in der Nut 24 ein und
sind mittels Schraube 34,36 anker Antriebsspindel 22 festgelegt. Die Federkörper
30 und 32 stehen über die Stirnfläche 20 der Antriebsspindel 22 über und greifen
formschlüssig in Nuten 38,40 ein, die zu beiden Seiten des Zentrierabschnittes 16
in der spindelseitigen, hinteren Stirnfläche des Spannflansches 12 vorgesehen sind
(vgl. die Fig.2 und 3).
-
Die Stirnfläche 20 der Antriebsspindel 22 liogt auf einem mit einem
Aussengewinde versehenen Spindelendabschnitt 42 (val. die
Fig.
2 knd 6 ). Auf dem letzteren läuft ein mit Innengewinde versehener radial zurückspringender
Gewindeflansch 44 eines Gewinderinges 46.
-
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, it in dem Gewindering 46 axial
dem Gewindeflansch 44 benachbart eine nach innen offene, rechteckige Ringnut 48
vorgesehen. Beim vorderen Ende ist in die Innenseite des Gewinderinges 46 eine halbkreisförmigen
Que#rschnitt aufweisende taufnut 50 eingearbeitet. Diese fluchtet axial mit einer
spiegelbildlichen Laufnut 52 eines Klemmringes 54.
-
Dic LnuSnutell so und 52 bilden so zusammen einen torusförmigen Kugelkanal,
in welchen eine Vielzahl von Lagerkugeln 56 im wesentlichen dicht an dicht eingefüllt
ist. Hierzu ist eine mit dem Kugelkanal in Verbindung stehende radiale Bohrung 58
im Gewindering 46 vorgesehen, welche durch eine Madenschraube 60 verschlossen ist.
-
Auf diese Weise ist der Klemmring 54 in vorgegebener axialer Lage
verdrehbar vom Gewindering 46 getragen. tber das die Lagerkugeln 46 enthaltende
Axiallager können auch große Kräfte unter ginger Reibung in Umfangsrichtung übertragen
werden. Die Mantelfläche des Kleminringes 54 steht im übrigen in Gleitpassung mit
der Innenfläche des Gewinderinges 46 in Berührung. Der Gewindeflansch 44 des Gewinderinges
46 überdeckt die hintere Stirnfläche des Klemmringes 54, und man erkennt, daß der
Klemmring 54 und der Gewindering 46 so eine zusammenhängende Einheit bilden, welche
insgesamt als Spannring 62 bezeichnet wird.
-
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat der Klemmring 54 sechs symmetrisch
angeordnete radial nach innen zurückspringende
Spannasen 64, zwischen
denen Ausnehmungen verbleiben, durch welche die Spannas n 14 des Spannflansches
12 axial hindurch bewegt werden können, wenn sie in Winkelrichtung auf die Lücken
zwischen den Spannasen 64 ausgerichtet sind.
-
Die hintere Stirnfläche 66 der Spannasen 64 ist geläppt, ebenfalls
die vordere Stirnfläche 68 und die hintere Stirnfläche 70 des Spannflansches 12
und die Stirnfläche 20 des Spindelendabschnittes 42. Beim Aufschrauben des Gewinderinges
46 auf den Spindelendabschnitt 42 wird somit der bpannflansch 12 fest axial zwischen
die Spannasen 64 des Klemmringes 54 und die Stirnfläche 20 des Spindelendabschnittes
42 eingespannt.
-
Um ein solches festes Einspannen des Spannflansches 12 bei solcher
winkelmäßiger Relativstellung zwischen Spannflansch 12 und Klemmring 54 zu ermöglichen,
bei welcher die Spannasen 14 des Spannflansches 12 und die Spannasen 64 des Klemmringes
54 radial fluchten, ist zusätzliche eine Mitnehm- und Anschlageinrichtung vorgesehen,
welche die Relativbewegung zwischen dem Gewindering 46 und dem Klemmring 54 bzw.
dem Klemmring 54 und der Antriebsspindel 22 begrenzt und die nunmehr unter besonderer
Bezugnahme auf die Fig. 2 - 6 beschrieben werden soll.
-
Wie Fig. 3 zeigt, ist der Federkörper 30 mit einem symmetrischen Nockenkopf
72 versehen, so daß er insgesamt T-förmige Gestalt hat.
-
Der Nockenkopf 72 hat eine teilzylindrische Lauffläche 74 und eine
rampenförmige Nockenfläche 76.
-
In die Schürze des Klemmringes 54 ist ein erster Anschlagstift 78
eingesetzt,
der in Fig. 3 an der links gelegenen Nockenfläche 76 des Nockenkopfes 72 anliegend
gezeigt ist und durch diese Anschlagwirkung die Schließ-Winkelstellung des durch
die Spannnasen 12 und 64 gebildeten Bajonettverschluss vorgibt.
-
In dieser Schließ-Winkelstellung der Bajonettverschlußteile ist ein
weiterer Anschlagstift 80 um eine halbe Teilung der Spannasen von der in Fig. 3
rechts gelegenen rampenförmigen Nockenfläche 76 des Nockenkopfes 72 entfernt. Wird
der Klemmring 54 aus der in Fig. 3 wiedergegebenen Schließstellung entgegen dem
Uhrzeigersinne so lange gedreht, bis der Anschlagstift 80 am Nockenkopf 72 anschlägt,
so stehen gerade die-Lücken zwischen den Spannasen 64 vor den Spannasen 14, und
der Werkzeugschaft lo kann ohne weiteres axial aus dem Spannring 62 herausgezogen
werden.
-
Zum Erzeugen dieser Offnungsbewegung ist in den Gewindering 46 ein
Antriebsstift 82 eingesetzt. Dieser ragt ebenso in die Ringnut 48 des Gewinderinges
46 hinein wie ein radialer äußerer Endabschnitt des Anschlagstiftes 80.
-
Zum Bewegen des Klemmringes 54 in Schließrichtung ist eine besonders
ausgebildete Freilaufkupplung vorgesehen, welche ein unbehindertes Verdrehen des
Gewinderinges 46 bezüglich des Klemmringes 54 in winkelmäßiger Schließrichtung ermöglicht
(in der Zeichnung im Uhrzeigersinne).
-
Zu der letztgenannten Freilaufkupplung gehört eine Kupplungsbohrung
84 im Klemmring 54, in welcher eine Kupplungskugel 86
im Gleitspiel
einsitzt. Deren Durchmesser ist etwa 20 0 größer als die Wandstärke der Schürze
des Klemmringes 54, in welcher die Kupplungsbohrung 84 vorgesehen ist. I; Gewindering
46 ist in der gleichen axialen Ebene liegend eine Kupplungsbohrung 86 vorgesehen,
in welche die Kupplungskugel 86 zum Teil eindringen kann, um eine Antriebsverbindung
zwischen dem Gewindering 46 und dem Klemmring 54 in Winkelrichtung herzustellen
(in axialer Richtung besteht über das die Lagerkugel 56 enthaltende Axiallager ständig
eine starre Kopplung). Die Kupplungsbohrung 88 ist zur Mantelfläche des Gewinderinges
46 hin offen, um die Kupplungskugel 86 einsetzen zu können, und wird nach Einsetzen
der Kupplungskugel durch eine Madenschraube 9o verschlossen.
-
Die oben beschriebene Schnellspanneinrichtung zum raschen Verbinden
eines Werkzeuges mit einer Antriebsspindel arbeitet folgendermaßen: Die Fig. 3 und
4 zeigen die Schnellspanneinrichtung in ihrem Schließzustand, in welchem der Werkzeugschaft
10 drehschlüssig unter axialer Vorspannung mit der Antriebsspindel 22 verbunden
ist.
-
Tritt man nun den Gewindering 46 entgegen dem Uhrzeigersinn (z.B.
unter Verwendung eines Stabes, welchen man in eine Sackbohrung 92 des Gewinderinges
46 (vgl.Fig.2) einsetzt, so wird zunächst der Gewindering 46 axial vom Spindelendabschnitt
42 abgeschraubt, ohne daß sich der Klemmring 54 mitdreht. Kommt der Antriebsstift
82 nun in Anlage an den Anschlagstift, so fluchtet infolge der winkelmäßigen Abstimmung
der Kupplungsbohrung 88 auf den Antriebsstift 82 einerseits und die Winkelstellung
des.
-
Anschlagstiftes 80 andererseits nunmehr die Kupplungsbohrun# 88 ::mit
der Kupplungsbohrung 84. Beim weiteren Herabschrauben des Gewinderinges 46 vom Spindelendabschnitt
42 wird daher die Nupplungskugel 86 durch die in Fig. 4 rechts gelegene Nockenfläche
76 radial nach aussen und zum Teil in die Kupplungsbohrung#88 des Gewinderinges
46 hineinbewegt, bis sie auf den Laufabschnftt 74 des Nockenkopfes 72 kommt. Nun
wird der Klemmring 54 zusammen mit dem Gewindering 46 verlagert, bis der Anschlagstift
80 am Nockenkopf 72 anschlägt. In dieser Stellung fluchten die Spannasen 14 mit
den Lücken zwischen den Spannasen 64 des Klemmringes 54, und der Werkzeugschaft
1o kann nun axial herausgezogen werden, wobei zugleich seine Nuten 38 und 40 von
den Federkörpern 30 und 32 freikommen.
-
Beim Einsetzen eines neuen Werkzeuges werden die Spannasen 14 seines
Spannflansches 12 zwischen den Spannasen 64 des Klenimringes 54 eingeführt, wobei
zugleich die Nuten 38 und 40 über die Federkörper 30 und 32 hinweglaufen. Nach diesem
axialen Einsetzen des Werkzeuges wird der Gewindering 46 in den Fig. 3 und 4 im.
-
Uhrzeigersinne bewegt, wobei die zum Teil in die Kupplungsbohrung
88 eingreifende Kupplungskugel 86 den Klemmring 54 so lange mitnimmt, bis die Kupplungskugel
86 die zurückspringende Nockenfläche 76 erreicht. Nun wird die Kupplungskugel 80
durch Keilwirkung von der Kupplungsbohrung 88 radial nach innen gedrückt.
-
Die Winkelstellung des Anschlagstiftes 78 ist so eingestellt, daß
dieser nun gleichzeitig am in Fig. 4 links gelegenen Ende des Nockenkopfes 72 anliegt,
so daß der klemmring 54 auch durch Reibschluß vom Gewindering 46 nicht mehr weiter
bewegt werden kann
wenn der Gewindering 46 n#un ausschließlich
zum Erzeugen der axialen Vorspannung weiter im Uhrzeigersinne bewegt wird.
-
Diese Spannbewegung wird so lange fortgesetzt, bis die gewünschte
axiale Spannkraft erzielt ist.
-
Man erkennt, daß beim Einspannen des Werkzeuges in die oben beschriebene
Schnellspanneinrichtung eine hohe axiale Spannkraft erzielbar ist, ohne daß man
sich um die Winkelstellung der Spannasen 14 und 64 zueinander irgend welche Sorgen
zu machen braucht. Beim Öffnen der Schnellspanneinrichtung kann man das Werkzeug
entnehmen, ohne daß man dieses zuvor in Winkelrichtung noch genau auszurichten bräuchte.